特種鑄造

主要涵蓋目前先進金屬液態凝固成型領域的主要應用技術及發展前沿，包括：金屬型鑄造、壓力鑄造、差壓與低壓鑄造、熔模鑄造、擠壓鑄造、消失模鑄造、離心鑄造、半固態鑄造和其他特種鑄造技術，以及藝術鑄造。主要內容涉及各項特種鑄造技術的基本原理、典型技術工藝和設備，並安排有多種工業典型實例和思考題。

前　言

第1 章　緒論 1

1. 1　特種鑄造方法 1

1. 2　特種鑄造的技術特點 2

1. 3　特種鑄造技術的應用與發展 3

1. 4　本課程的性質與任務 6

思考題 6

參考文獻 6

第2 章　金屬型鑄造 7

2. 1　金屬型鑄造原理 7

2. 2　金屬型鑄件的成形特點 8

2. 2. 1　型腔內氣體對鑄件成形的影響 8

2. 2. 2　鑄件凝固過程中熱交換的特點 9

2. 2. 3　金屬型阻礙收縮對鑄件質量的

影響 12

2. 3　金屬型鑄造工藝參數 13

2. 3. 1　金屬型鑄造的工藝流程 13

2. 3. 2　金屬型的預熱 13

2. 3. 3　金屬型的澆注 14

2. 3. 4　鑄件的出型時間 14

2. 3. 5　金屬型塗料 14

2. 3. 6　覆砂金屬型鑄造 15

2. 4　金屬型鑄件的工藝方案 17

2. 4. 1　鑄件結構的工藝性分析 17

2. 4. 2　鑄件在金屬型中的澆注位置 19

2. 4. 3　鑄件分型面的選擇 19

2. 4. 4　澆注系統的設計 20

2. 4. 5　冒口的設計 26

2. 5　金屬型設計與製作 27

2. 5. 1　金屬型的結構型式 28

2. 5. 2　金屬型主體設計 29

2. 5. 3　金屬型型芯的設計 32

2. 5. 4　金屬型排氣系統的設計 37

2. 5. 5　頂出機構的設計 38

2. 5. 6　金屬型的加熱和冷卻裝置 40

2. 5. 7　金屬型的定位、導向和鎖緊

裝置 41

2. 5. 8　金屬型材料的選擇 41

2. 6　金屬型鑄造缺陷與對策 43

2. 6. 1　縮孔與縮松 43

2. 6. 2　冷隔或澆不足 44

2. 6. 3　裂紋 44

2. 6. 4　氣孔 45

2. 6. 5　夾渣 46

2. 7　發動機缸蓋金屬型鑄造應用

實例 46

2. 7. 1　模具或鑄型結構設計 46

2. 7. 2　鑄造機及關鍵工藝參數的選擇 47

2. 7. 3　鑄造工藝流程 47

2. 7. 4　鑄件熱處理 48

思考題 50

參考文獻 50

第3 章　壓力鑄造 51

3. 1　概述 51

3. 1. 1　壓鑄定義 51

3. 1. 2　壓鑄流程 51

3. 1. 3　壓鑄生產需具備的條件 52

3. 1. 4　壓鑄產品應用示例 53

3. 1. 5　壓鑄新技術 54

3. 2　壓鑄機 60

3. 2. 1　壓鑄機的分類 60

3. 2. 2　壓鑄機的結構特點及應用 61

3. 2. 3　壓鑄機的總體結構 62

3. 2. 4　壓鑄機的選用 62

3. 3　壓鑄合金 64

3. 3. 1　鋁合金 64

特種鑄造

Ⅷ

3. 3. 2　鋅合金 64

3. 3. 3　鎂合金 65

3. 4　壓鑄工藝 66

3. 4. 1　壓鑄過程中壓力與速度的變化 66

3. 4. 2　壓力 67

3. 4. 3　速度 68

3. 4. 4　時間 69

3. 4. 5　溫度 71

3. 4. 6　工藝案例 72

3. 5　壓鑄件結構設計 74

3. 5. 1　壓鑄件的結構要素 75

3. 5. 2　壓鑄件的尺寸要素 80

3. 5. 3　簡化模具結構的鑄件設計 81

3. 5. 4　功能組合設計 82

3. 5. 5　壓鑄件尺寸精度和公差 83

3. 6　壓鑄件缺陷分析及對策 83

3. 6. 1　缺陷分類及影響因素 83

3. 6. 2　缺陷檢驗方法 84

3. 6. 3　缺陷產生原因及防止方法 85

3. 7　壓鑄模 89

3. 7. 1　壓鑄模基本結構 89

3. 7. 2　壓鑄模設計要點 89

3. 7. 3　壓鑄模設計步驟 89

3. 7. 4　壓鑄模加工工藝流程 91

3. 7. 5　壓鑄模設計與分解案例 92

思考題 96

參考文獻 97

第4 章　反重力鑄造 98

4. 1　反重力鑄造原理及分類 98

4. 1. 1　真空吸鑄 99

4. 1. 2　低壓鑄造 101

4. 1. 3　差壓鑄造 102

4. 1. 4　調壓鑄造 104

4. 2　反重力鑄造工藝參數 106

4. 2. 1　壓力調控 106

4. 2. 2　澆注溫度及鑄型溫度 109

4. 3　反重力鑄造工藝方案 110

4. 3. 1　澆注位置及分型面 110

4. 3. 2　澆注系統及冒口設計 111

4. 3. 3　鑄型排氣設計 112

4. 3. 4　鑄型塗料 113

4. 4　反重力鑄造設備及自動化 115

4. 4. 1　反重力鑄造設備 115

4. 4. 2　壓力控制系統 118

4. 4. 3　保溫爐結構設計 120

4. 4. 4　升液管結構設計 122

4. 4. 5　電磁低壓鑄造 123

4. 5　反重力鑄造的缺陷與對策 123

4. 5. 1　縮孔與縮松 123

4. 5. 2　氣孔 124

4. 5. 3　澆不足及鑄件空殼 126

4. 5. 4　鑄件披縫、鼓脹及跑火 126

4. 5. 5　鑄件變形及裂紋 127

4. 5. 6　黏砂 127

4. 6　反重力鑄造應用實例 128

4. 6. 1　汽車輪轂鑄件低壓鑄造實例 128

4. 6. 2　航空器艙體鑄件調壓鑄造實例 130

思考題 132

參考文獻 132

第5 章　熔模鑄造 133

5. 1　概論 133

5. 1. 1　熔模鑄造的定義 133

5. 1. 2　熔模鑄造的發展歷程 133

5. 1. 3　熔模鑄造的工藝流程 133

5. 1. 4　熔模鑄造應用實例 135

5. 2　熔模的製備 137

5. 2. 1　模料常用原材料 137

5. 2. 2　常用模料的成分及性能 139

5. 2. 3　模料的配製與制模 142

5. 2. 4　舊模料的處理及回收 144

5. 3　型殼製備 146

5. 3. 1　對型殼的性能要求 146

5. 3. 2　型殼的原材料及其作用 146

5. 3. 3　制殼工藝 154

5. 3. 4　熔模鑄造型芯 162

5. 4　熔模鑄造工藝設計 172

5. 4. 1　熔模鑄件結構工藝性分析 172

5. 4. 2　澆注補縮系統設計 173

5. 4. 3　壓型設計 176

5. 5　熔模鑄造的澆注與清理 183

目錄

Ⅸ

5. 5. 1　熔模鑄造的澆注 183

5. 5. 2　熔模鑄件的清理 186

5. 6　熔模鑄造生產的機械化和

自動化 186

5. 6. 1　熔模生產的機械化 186

5. 6. 2　型殼生產的機械化 187

5. 6. 3　焙燒、澆注生產線 191

5. 7　熔模鑄造的缺陷及對策 191

5. 8　熔模鑄造的工藝適應性分析 194

5. 8. 1　以鑄代鍛技術的應用 195

5. 8. 2　以鑄代鑄(砂鑄) 技術的應用 195

5. 8. 3　以鑄代沖技術的應用 196

5. 8. 4　以鑄代焊技術的應用 196

5. 8. 5　以鑄代加工技術的應用 197

5. 8. 6　以鑄代裝配技術的應用 197

思考題 198

參考文獻 198

第6 章　擠壓鑄造 199

6. 1　擠壓鑄造的工藝方法分類、

特點及適應範圍 199

6. 1. 1　工藝方法分類 199

6. 1. 2　工藝特點 201

6. 1. 3　工藝適應範圍 201

6. 2　擠壓鑄造基本理論簡介 202

6. 2. 1　擠壓鑄造流變學理論 202

6. 2. 2　高壓凝固理論 203

6. 2. 3　擠壓鑄造下的力學成形理論 206

6. 3　擠壓鑄造模具、工藝及設備 209

6. 3. 1　擠壓鑄造模具設計 209

6. 3. 2　擠壓鑄造設備 215

6. 3. 3　擠壓鑄造工藝參數 220

6. 4　擠壓鑄造件組織性能與質量

控制 221

6. 4. 1　擠壓鑄造件組織與性能 221

6. 4. 2　擠壓鑄造的缺陷形成及對策 228

6. 5　擠壓鑄造生產實例 231

6. 5. 1　汽車鋁輪轂 231

6. 5. 2　摩托車發動機鎂合金外殼 234

6. 5. 3　鋼平法蘭 237

思考題 239

參考文獻 240

第7 章　消失模鑄造 241

7. 1　消失模鑄造概述 241

7. 1. 1　消失模鑄造的分類及其技術

特點 241

7. 1. 2　消失模鑄造的應用及經濟性

分析 243

7. 1. 3　消失模鑄造的發展趨勢 244

7. 2　消失模鑄造成形理論基礎 246

7. 2. 1　消失模鑄造充型時氣體間隙

壓力 246

7. 2. 2　消失模鑄造的澆注溫度 247

7. 2. 3　消失模鑄造的合理澆注速度 247

7. 2. 4　消失模鑄造中鑄型坍塌缺陷的

形成機理 249

7. 3　消失模鑄造的充型特徵及界面

作用 250

7. 3. 1　消失模鑄造的充型過程及裂解

產物 250

7. 3. 2　熱解產物對鑄件質量的影響 252

7. 3. 3　消失模鑄造的充型及凝固特點 253

7. 3. 4　消失模鑄造的凝固及組織特點 254

7. 3. 5　消除消失模鑄造組織不利因素的

措施 256

7. 4　消失模鑄造的關鍵技術 256

7. 4. 1　消失模鑄造的白區技術 256

7. 4. 2　消失模鑄造的塗料技術 258

7. 4. 3　消失模鑄造的黑區技術 259

7. 4. 4　振動緊實工藝基礎 262

7. 5　消失模鑄造的工藝參數及其

鑄件的缺陷防治措施 266

7. 5. 1　消失模鑄造的澆注系統特徵及

工藝參數 266

7. 5. 2　消失模鑄造的常見缺陷及防治

措施 267

7. 6　消失模鑄造應用實例 273

7. 6. 1　工藝設計過程 273

7. 6. 2　確定澆注位置 274

7. 6. 3　確定主要鑄造工藝參數 274

特種鑄造

Ⅹ

7. 6. 4　變速器箱體鑄造過程數值模擬及

工藝優化 275

7. 6. 5　變速器箱體鑄件澆注實踐 276

7. 7　鋁、鎂合金特種消失模鑄造新

技術 277

7. 7. 1　鋁、鎂合金消失模鑄造特點 277

7. 7. 2　壓力消失模鑄造技術 280

7. 7. 3　真空低壓消失模鑄造技術 280

7. 7. 4　振動消失模鑄造技術 285

7. 7. 5　消失模殼型鑄造技術 286

思考題 289

參考文獻 289

第8 章　離心鑄造 291

8. 1　概述 291

8. 2　離心鑄造原理 293

8. 2. 1　離心力場與離心壓力 293

8. 2. 2　離心鑄件內表面的形狀 294

8. 2. 3　離心力場中異相質點的徑向

移動 294

8. 3　離心鑄件的凝固及其組織 295

8. 3. 1　凝固特徵 295

8. 3. 2　凝固組織 296

8. 4　離心鑄造工藝 298

8. 4. 1　鑄型的轉速 298

8. 4. 2　塗料工藝 301

8. 4. 3　澆注溫度 304

8. 4. 4　金屬液的定量 305

8. 5　離心鑄造機及生產自動化 306

8. 5. 1　水冷金屬型離心機的特點 307

8. 5. 2　水冷金屬型離心機的結構 307

8. 6　離心鑄造的工藝適應性分析 314

8. 7　離心鑄造應用實例 317

8. 7. 1　毛坯及模具結構的設計 317

8. 7. 2　離心鑄造工藝及過程式控制制要點 318

8. 7. 3　塗料工藝及要求 318

8. 7. 4　鑄造工藝流程及過程管理要點 319

8. 7. 5　縮松的產生與防止 319

思考題 320

參考文獻 320

第9 章　半固態鑄造 322

9. 1　半固態鑄造的原理、分類、

特點及其特性 322

9. 2　半固態鑄造充型基本理論 326

9. 2. 1　非牛頓型流動基本理論 326

9. 2. 2　半固態金屬漿料的流變行為 328

9. 2. 3　具有連續固相半固態漿料的

特性 331

9. 2. 4　固相體積分數為0. 5 左右的部分

重熔半固態金屬 332

9. 2. 5　半固態鑄造下塑性變形理論 332

9. 3　半固態鑄造用材料及其製備

方法 337

9. 3. 1　A356 和A357 合金 337

9. 3. 2　A319 和A355 合金 338

9. 3. 3　液相鑄造比較困難的合金 338

9. 3. 4　半固態鑄造用材料的製備方法 340

9. 3. 5　半固態金屬坯料重熔(二次

加熱) 347

9. 4　半固態鑄造工藝 349

9. 4. 1　半固態壓鑄 349

9. 4. 2　半固態壓鑄工藝參數 354

9. 5　半固態成形件熱處理工藝與

缺陷分析 357

9. 5. 1　熱處理 357

9. 5. 2　缺陷分析 358

9. 6　半固態鑄造工藝實例 359

9. 6. 1　鎂合金觸變注射成形 359

9. 6. 2　半固態金屬擠壓鑄造 362

思考題 363

參考文獻 363

第10 章　其他特種鑄造技術介紹 366

10. 1　陶瓷型鑄造 366

10. 1. 1　陶瓷型鑄造的工藝特點及應用

範圍 366

10. 1. 2　陶瓷型的製造 366

10. 2　石膏型鑄造 368

10. 2. 1　石膏型鑄造的工藝特點及應用

範圍 368

目錄

Ⅺ

10. 2. 2　石膏型的製造 369

10. 2. 3　石膏型鑄造工藝 370

10. 3　連續鑄造 370

10. 3. 1　連續鑄造成形原理 370

10. 3. 2　連續鑄造工藝及應用 372

10. 3. 3　雙流澆注連續鑄造技術 372

10. 4　鑄滲技術 375

10. 4. 1　鑄滲基本原理 375

10. 4. 2　鑄滲工藝 376

10. 5　複合材料的金屬浸滲技術 378

10. 5. 1　金屬液在多孔介質中的浸滲 378

10. 5. 2　壓力浸滲技術 378

10. 6　電磁鑄造技術 381

10. 6. 1　電磁鑄造技術原理 381

10. 6. 2　電磁鑄造工藝 382

10. 6. 3　電磁鑄造材料的組織與性能 384

思考題 385

參考文獻 385

第11 章　藝術鑄造 388

11. 1　藝術鑄造欣賞 388

11. 2　藝術鑄件鑄造方法及應用 392

11. 2. 1　製造過程及要求 392

11. 2. 2　常用的鑄造方法 392

11. 3　藝術鑄件材料選擇及應用 398

11. 3. 1　藝術鑄造合金材料 398

11. 3. 2　藝術鑄造對合金材料性能的

要求及選材原則 398

11. 3. 3　幾種應用最廣的藝術鑄造

合金 399

11. 3. 4　銅合金熔煉技術 401

11. 4　藝術鑄造案例 402

11. 4. 1　案例一: 石膏型鑄造《日晷》 402

11. 4. 2　案例二: 石膏砂型鑄造《海景

翔龍》 405

11. 4. 3　案例三: 鑄、鍛、焊不鏽鋼雕塑

《九天攬月》 406

11. 4. 4　案例四: 熔模鑄造《論語

筆筒》 407

11. 4. 5　案例五: 快速成形技術的

應用 408

思考題 411

參考文獻 411